有别于其他建筑物，实验室设计中所考虑的最重要因素就是实验室的安全，其次则是在保证安全前提下的降低能耗。而如何保障实验室的安全也成了实验室的使用者，设计者，乃至实验设备提供商最关注的问题。通风柜作为化学实验室最常规的实验设备，也是实验室用户的第一道安全保障，如何确保通风柜在使用过程中内部毒害气体不泄露，同时能合理降低能耗，就成了实验室安全控制的核心。
通风柜定义
通风柜是用于抑制其内部可能产生的气体、烟雾、蒸汽以及颗粒的封闭排风设备。其结构上为箱体结构，一面（或多面）可开启用于内部操作。通风柜通常装备透明可移动的调节窗，允许用户限制或增大操作面面积。A laboratory fume hood is a ventilated enclosure designed to contain and exhaust fumes, vapors, mists and particulate matter generated within the hood interior. Fume hood structures are basically boxlike, with an open side (or sides) for access to the interior of the hood. A transparent, movable panel, called a shah, allows the user to restrict or enlarge the hood opening.
通风气流控制目标：通风柜作为化学实验室最通用的安全操作设备，其最终控制目标是在操作过程中，通风柜内气体无泄漏，对此，各国均有相关规范要求。一般采用欧盟标准EN14175，要求通风柜泄漏率低于0.05ppm，中国建设部JG标准则要求使用过程中通风柜泄漏率低于0.5ppm。
影响通风柜气流控制效果的因素：通常情况下，会影响通风柜气流控制目标的因素包括：通风柜结构、面风速、扰流、响应时间、最小排风量。而为了应对管理目标以及可能发生的意外情况，各国规范通常对就地监视、紧急操作等方面也有较为具体的规范要求。 通风柜结构要求其通风柜内部结构设计合理，通风柜任意两点处面风速偏差小于等于15%，整体结构阻力小于70Pa。且按照EN或ASHRAE相关标准，通风柜在出厂前需经过一系列严格测试。 通风柜面风速气流经过通风柜操作面进入通风柜的速度，称为通风柜面风速。
面风速是反应通风柜气流抑制效果的重要参数之一，各国均有明确标准要求。通常情况下，要求通风柜前有人操作时，由于其身体在通风柜前会形成一个气流真空，因此，面风速要求控制在0.5m/s，当通风柜前无操作人员时，则可适度降低面风速至0.3m/s。德国DIN标准，由于其对于通风柜结构要求有别于其他国家标准，因此其面风速标准要求低于其他各国标准。
美国职业卫生与安全管理局（OSHA） - 0.3 至 0.5 m/s
美国工业卫生委员会（ACGIH） - 0.3 至 0.5 m/s
美国国家标准化组织（ANSI） - 0.4 至 0.6 m/sPrudent Practices – 0.3 to 0.5 m/s
美国流体动力学会（NFPA）-“通风柜应严格限制可能发生的危险，保障人员安全”
德国国家标准协会（DIN） - 0.3 m/s中国建筑工业行业标准（JG/T） - 0.5 m/s
Prudent PracticesIn most cases, the recommended face velocity is between 80 and 100 feet per minute (fpm). Face velocities between 100 and 120 fpm may be used for substances of very high toxicity or where outside influences adversely affect hood performance. However, energy costs to operate the fume hood are directly proportional to the face velocity. Face velocities approaching or exceeding 150 fpm should not be used, because they may cause turbulence around the periphery of the sash opening and actually reduce the capture efficiency of the fume hood.大多数情况下，推荐采用的通风柜面风速为80-100英尺/分钟（即0.4-0.5米/秒）。如通风柜内可能会产生高毒性或通风柜外部环境对通风柜性能可能会产生严重影响，可适当将面风速要求提高至100-120英尺/分钟（即0.5-0.6米/秒）。但通风柜运行能耗是与面风速大小成正比的，面风速越高则能耗越大。但在任何时候，面风速均不应接近或超过150英尺/分钟（即0.75米/秒），因为此面风速会导致通风柜操作面或通风柜内部产生紊流，从而导致柜内气体泄露。
ANSI/AIHA Z9.5Room and operator dynamics have significant eects on hood performance at low face velocities. Therefore, it is important to understand the eects of dynamic challenges on hood performance so that standard operating procedures and user restrictions can be established. Operating a hood below 60 fpm (0.30m/s) is not recommended since containment cannot be reliably quantified at low velocities and significant risk of exposure may be present.当通风柜面风速较低时，实验室内部的动态变化，如操作人员移动等，均会对通风柜的气流抑制效果产生显著负面影响。因此需建立标准的实验室操作程序及通风柜使用规范。不建议在低于60英尺/分钟（0.3米/秒）的面风速下操作通风柜。在过低面风速下，通风柜的防护性能无法保障，并可能因此产生严重危害。
总结：通风柜变风量控制，即当通风柜处于使用状态中，无论操作高度如何变化，系统均能维持面风速0.5m/s，因此变风量已逐步成为实验室安全中最重要的环节之一。通常变风量系统会依据采用的阀门类型，以及控制方式作为区分。进口品牌，以英国TEL为例，其控制方式采用面风速、位移双路测量方式，阀门则有蝶阀、文丘里阀可选。国内变风量品牌也顺应国内市场需求而生，上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控，依赖超过50名软硬件研发人员，使其在使用性能、可靠性等方面，均已逐步接近众多进口知名品牌产品。变风量系统首先解决的是实验室安全性问题，同时由于其良好的节能特性，可降低实验室能耗30%~60%，因此已被实验室系统广泛采用，并将逐步成为实验室安全系统的标配。
扰流Prudent PracticesTracer gas containment testing of fume hoods has revealed that air currents impinging on the face of a hood at a velocity exceeding 30% to 50% of the hood face velocity will reduce the containment efficiency of the hood by causing turbulence and interfering with the laminar flow of the air entering the hood. Thirty to fifty percent of a hood face velocity of 100 fpm, for example, is 30 to 50 fpm, which represents a very low velocity that can be produced in many ways. The rate of 20 fpm is considered to be still air because that is the velocity at which most people first begin to sense air movement.示踪气体测试表明，当通风柜前气流流速超过通风柜面风速30% -50%时，其形成的扰流，会影响正常进入通风柜的层流气流，从而降低通风柜防护效率。如当面风速控制要求为100英尺/分钟（即0.5米/秒）时，其30% - 50%即为30-50英尺/分钟（即0.15-0.25米/秒），而这种低风速在实验室内可能会由于多种原因而时常产生。20英尺/分钟（即0.1米/秒）风速的空气通常会被认为是静止的，因为在该风速下，大多数人才能开始感受到空气流动。
EN14175：Dynamic Testing-“Robustness Test”测试要求模拟通风柜前人员移动所产生的风速干扰通风柜定义
通风柜是用于抑制其内部可能产生的气体、烟雾、蒸汽以及颗粒的封闭排风设备。其结构上为箱体结构，一面（或多面）可开启用于内部操作。通风柜通常装备透明可移动的调节窗，允许用户限制或增大操作面面积。A laboratory fume hood is a ventilated enclosure designed to contain and exhaust fumes, vapors, mists and particulate matter generated within the hood interior. Fume hood structures are basically boxlike, with an open side (or sides) for access to the interior of the hood. A transparent, movable panel, called a shah, allows the user to restrict or enlarge the hood opening.
通风气流控制目标：通风柜作为化学实验室最通用的安全操作设备，其最终控制目标是在操作过程中，通风柜内气体无泄漏，对此，各国均有相关规范要求。一般采用欧盟标准EN14175，要求通风柜泄漏率低于0.05ppm，中国建设部JG标准则要求使用过程中通风柜泄漏率低于0.5ppm。
影响通风柜气流控制效果的因素：通常情况下，会影响通风柜气流控制目标的因素包括：通风柜结构、面风速、扰流、响应时间、最小排风量。而为了应对管理目标以及可能发生的意外情况，各国规范通常对就地监视、紧急操作等方面也有较为具体的规范要求。 通风柜结构要求其通风柜内部结构设计合理，通风柜任意两点处面风速偏差小于等于15%，整体结构阻力小于70Pa。且按照EN或ASHRAE相关标准，通风柜在出厂前需经过一系列严格测试。 通风柜面风速气流经过通风柜操作面进入通风柜的速度，称为通风柜面风速。
面风速是反应通风柜气流抑制效果的重要参数之一，各国均有明确标准要求。通常情况下，要求通风柜前有人操作时，由于其身体在通风柜前会形成一个气流真空，因此，面风速要求控制在0.5m/s，当通风柜前无操作人员时，则可适度降低面风速至0.3m/s。德国DIN标准，由于其对于通风柜结构要求有别于其他国家标准，因此其面风速标准要求低于其他各国标准。
美国职业卫生与安全管理局（OSHA） - 0.3 至 0.5 m/s
美国工业卫生委员会（ACGIH） - 0.3 至 0.5 m/s
美国国家标准化组织（ANSI） - 0.4 至 0.6 m/sPrudent Practices – 0.3 to 0.5 m/s
美国流体动力学会（NFPA）-“通风柜应严格限制可能发生的危险，保障人员安全”
德国国家标准协会（DIN） - 0.3 m/s中国建筑工业行业标准（JG/T） - 0.5 m/s
Prudent PracticesIn most cases, the recommended face velocity is between 80 and 100 feet per minute (fpm). Face velocities between 100 and 120 fpm may be used for substances of very high toxicity or where outside influences adversely affect hood performance. However, energy costs to operate the fume hood are directly proportional to the face velocity. Face velocities approaching or exceeding 150 fpm should not be used, because they may cause turbulence around the periphery of the sash opening and actually reduce the capture efficiency of the fume hood.大多数情况下，推荐采用的通风柜面风速为80-100英尺/分钟（即0.4-0.5米/秒）。如通风柜内可能会产生高毒性或通风柜外部环境对通风柜性能可能会产生严重影响，可适当将面风速要求提高至100-120英尺/分钟（即0.5-0.6米/秒）。但通风柜运行能耗是与面风速大小成正比的，面风速越高则能耗越大。但在任何时候，面风速均不应接近或超过150英尺/分钟（即0.75米/秒），因为此面风速会导致通风柜操作面或通风柜内部产生紊流，从而导致柜内气体泄露。
ANSI/AIHA Z9.5Room and operator dynamics have significant eects on hood performance at low face velocities. Therefore, it is important to understand the eects of dynamic challenges on hood performance so that standard operating procedures and user restrictions can be established. Operating a hood below 60 fpm (0.30m/s) is not recommended since containment cannot be reliably quantified at low velocities and significant risk of exposure may be present.当通风柜面风速较低时，实验室内部的动态变化，如操作人员移动等，均会对通风柜的气流抑制效果产生显著负面影响。因此需建立标准的实验室操作程序及通风柜使用规范。不建议在低于60英尺/分钟（0.3米/秒）的面风速下操作通风柜。在过低面风速下，通风柜的防护性能无法保障，并可能因此产生严重危害。
总结：通风柜变风量控制，即当通风柜处于使用状态中，无论操作高度如何变化，系统均能维持面风速0.5m/s，因此变风量已逐步成为实验室安全中最重要的环节之一。通常变风量系统会依据采用的阀门类型，以及控制方式作为区分。进口品牌，以英国TEL为例，其控制方式采用面风速、位移双路测量方式，阀门则有蝶阀、文丘里阀可选。国内变风量品牌也顺应国内市场需求而生，上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控，依赖超过50名软硬件研发人员，使其在使用性能、可靠性等方面，均已逐步接近众多进口知名品牌产品。变风量系统首先解决的是实验室安全性问题，同时由于其良好的节能特性，可降低实验室能耗30%~60%，因此已被实验室系统广泛采用，并将逐步成为实验室安全系统的标配。
扰流Prudent PracticesTracer gas containment testing of fume hoods has revealed that air currents impinging on the face of a hood at a velocity exceeding 30% to 50% of the hood face velocity will reduce the containment efficiency of the hood by causing turbulence and interfering with the laminar flow of the air entering the hood. Thirty to fifty percent of a hood face velocity of 100 fpm, for example, is 30 to 50 fpm, which represents a very low velocity that can be produced in many ways. The rate of 20 fpm is considered to be still air because that is the velocity at which most people first begin to sense air movement.示踪气体测试表明，当通风柜前气流流速超过通风柜面风速30% -50%时，其形成的扰流，会影响正常进入通风柜的层流气流，从而降低通风柜防护效率。如当面风速控制要求为100英尺/分钟（即0.5米/秒）时，其30% - 50%即为30-50英尺/分钟（即0.15-0.25米/秒），而这种低风速在实验室内可能会由于多种原因而时常产生。20英尺/分钟（即0.1米/秒）风速的空气通常会被认为是静止的，因为在该风速下，大多数人才能开始感受到空气流动。
总结：实验室气流干扰往往由于系统设计原因，以及实验室人员使用过程，如人、物的频繁移动等产生，且很难完全规避。因此严格的系统通常要求能够实际测量并应对此干扰。通常欧洲系统，由于EN标准的严格要求（在这一点上，欧盟标准的严格性是高于ASHRAE/SEFA标准的），因此所有欧洲变风量品牌无一例外，采用了流体测量方式，英国TEL采用的是面风速直接测量的方式，其余欧洲品牌，如德国Trox采用的是皮托管测量管道流量方式。上海卓思智能科技股份有限公司自主品牌MacroAire默控采用的则是和英国TEL一样的面风速直接测量方式。
最小排风量ANSI/AIHA Z9.5The mechanism that controls the exhaust fan speed or damper position to regulate the hood exhaust volume shall be designed to ensure a minimum exhaust volume in constant volume systems equal to the larger of 50 cfm/ft of hood width, or 25 cfm/ft2 of hood work surface area, except where a written hazard characterization indicates otherwise, or if the hood is not in use.对于通过调节排风机或通风柜排风阀，以维持恒定通风柜面风速的变风量控制系统，应保证通风柜的最小排风量为50立方英尺/分钟/英尺通风柜操作宽度（即280立方米/小时/米通风柜操作宽度）或者25立方英尺/分钟/平方英尺柜内操作面积（即460立方米/小时/平方米柜内操作面积），除非有明确的危险特性说明，或通风柜未处于使用状态。
总结：为确保通风柜内气体彻底排放，需要保持通风柜维持一个最小排风量。换而言之，当调节窗关闭至一个最小开度的时候，再往下关闭，则会维持最小排风量值，而不会再维持恒定面风速0.5m/s。此时随着调节窗逐步关闭，面风速通常会达到1~1.5m/s。规范中要求始终维持通风柜面风速0.5m/s，最高不得超过0.75m/s是指在操作高度，通常情况下操作高度的定义为最小开度位置（针对最小排风量）以上至0.45~0.55米高度。
响应时间:响应速度是指当通风柜开度到达最大开度90%的位置时，通过阀门的排风量达到设定最大风量90%位置时所需要的时间。
响应时间反映了系统控制的速度。通常情况下，规范要求操作通风柜调节窗时，从全开到全关或者全关到全开速度2~3秒，系统如果应对时间越快，则面风速维持越稳定。
各国关于通风柜响应时间均无具体且明确要求，《中华人民共和国建筑工业行业标准》JG/T 222-2007则明确要求响应时间小于3秒，且注明越快越好。
总结：由于操作习惯原因，人们操作调节窗的速度往往高于规范推荐的速度，而且由于操作人员本身处于通风柜前，其身体的阻挡对通风柜的气流抑制性能也同时提出了更加苛刻的要求，因此，系统能够及时进行应对，则会避免很多可能产生的潜在泄露危害。但提高响应时间，除了对于控制系统各控制部件提出了更加严格要求外，对于控制逻辑的优化等也会有较高要求。MacroAire默控和英国TEL的文丘里阀变风量控制系统，其响应时间均可达<1秒；蝶阀变风量控制系统的响应时间也完全可以达到各标准要求，<3秒
就地监视
AIAChemical fume hood systems may be constant-volume or variable-volume types depending on user and facility management considerations of function, first cost, and life cycle cost issues. The exhaust of the hood should be provided with a pressure-independent flow-monitoring device connected to a local audiovisual alarm within the laboratory.化学实验室的通风柜可采用定风量或变风量控制系统，这取决于使用者和设施管理者对其所要求的功能，初次投资和运行费用等问题综合考虑。无论采用何种控制方式，通风柜均需安装相应的气流监测设备，并就地连接至对应的声光报警。
Federal Register—OSHAEach hood should have a continuous monitoring device to allow convenient confirmation of adequate hood performance before use.每台通风柜均要求安装实时的监测装置，以便于在使用前及使用中及时准确地确认通风柜的防护性能。
总结：规范要求所有有可能产生危害性的实验均应在有良好排风保障的环境中进行。通风柜则是典型的安全操作设备。就地监视则要求在通风柜人员操作的区域，通过就地显示，或者声光报警的方式进行设备状态指示，实时提示操作人员通风柜安全状况，以免在面风速过低或者无安全保障的情况下进行实验。MacroAire默控品牌的通风柜监控器、房间状态压力监控器，均能实时显示面风速数值、阀门开度、送风量、排风量、压力等状态。并在有报警发生时发生声光报警提示。确保操作人员及时了解自身安全。
紧急操作
除了在系统正常情况下，需维持面风速恒定之外，系统必须应对各种实验室的突发状况，如断电，通风柜内意外泄漏，实验室房间内意外泄漏，火灾等。当意外情况发生时，就地进行手动/自动安全应对，单台通风柜可手动/自动切换至紧急排风，同时接受房间一键紧急排风需求，当送排风阀断电情况下自动保护，针对紧急事件就地声光报警，支持紧急事件远程监视、报警及系统远程诊断。MacroAire默控品牌的通风柜监控器、房间状态压力监控器，均能实现一键紧急状态操作，分别对单个的通风柜、或者整个实验室内所有排风设备做到最大开度排风及关闭送风。保证在紧急状态下实验室及相邻未被污染区域的绝对安全。
变风量控制的发展趋势：
化学实验室整体安全当中，气流安全作为首要因素，越发受到重视。而通风柜等局部排风设备，作为实验室一级防护，其安全性首当其冲。任何一个化学类型实验室，如果能精确、稳定控制住所有通风柜等局部排风效果，确保局部排风效果，此实验室气流安全则已基本成功。但正是由于其重要性，对系统控制设备的控制精度、稳定性、可靠性等也就提出了更加严格的要求。如果其可靠性低，则安装后，不但无法保障用户安全，反而可能起到反作用，大大增加用户的维护成本，并导致意外产生。 但同时，作为确保通风柜性能的必要设备，变风量系统也越来越多地应用于各种类型的实验室当中，并且在变风量基础上，具备更可靠的通讯功能，支持自动位移，支持图像识别，支持通风柜意外情况监测，以及支持远程诊断等功能也在不断丰富。
上海卓思智能科技股份有限公司，通过多年的努力，在国内已成功实施超过600个实验室项目，并积累了丰富的经验。同时，在整体软硬件方面，卓思同样投入了巨大的精力，目前整个研发团队超过50人，专业涉及结构、流体、图像识别、移动智能、室内定位、三维仿真等众多专业，公司于2014年获得上海高新技术企业称号，2015年被评为上海市科技小巨人企业，目前已拥有40多项专利，其中发明专利8项，公司多项成果已获上海高新技术成果转换项目认定，2015年底，鉴于其在行业内地位以及专利领先性，拿到“上海院士专家工作站”，也是国内首家实验室建设领域的院士级别工作站，并于2016年5月于北交所新三板上市。 上海卓思智能科技股份有限公司坚信科技与创新将改变中国的未来，而中国的实验室正是孕育科技与创新的摇篮。我们潜心致力于为可能产生潜在安全威胁的实验室严格环境，提供最可靠的智能化系统及产品解决方案，怀着敬畏之心为客户提供最优质的服务。卓思希望通过不断的努力，能够为中国实验室用户创造真实而持久的价值，为用户创造一个超越期待，更加安全、高效、节能、舒适的实验环境。
